炭化珪素半導体の洗浄方法
【課題】ＳｉＣ半導体の表面特性を向上できるＳｉＣ半導体の洗浄方法を提供する。
【解決手段】ＳｉＣ半導体の洗浄方法は、以下の工程を備えている。ＳｉＣ半導体の表面にイオン注入する。表面に酸化膜を形成する。酸化膜を除去する。形成する工程では、１５０ｐｐｍ以上の濃度を有するオゾン水を用いて酸化膜を形成する。形成する工程は、ＳｉＣ半導体の表面およびオゾン水の少なくとも一方を加熱する工程を含むことが好ましい。
【解決手段】ＳｉＣ半導体の洗浄方法は、以下の工程を備えている。ＳｉＣ半導体の表面にイオン注入する。表面に酸化膜を形成する。酸化膜を除去する。形成する工程では、１５０ｐｐｍ以上の濃度を有するオゾン水を用いて酸化膜を形成する。形成する工程は、ＳｉＣ半導体の表面およびオゾン水の少なくとも一方を加熱する工程を含むことが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化珪素（ＳｉＣ）半導体の洗浄方法に関し、より特定的には酸化膜を有する半導体デバイスに用いるＳｉＣ半導体の洗浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの作製において、半導体の表面の洗浄を行なう。このような半導体の表面の洗浄として、たとえば、特許第３７３３７９２号公報（特許文献１）、特開平６−３１４６７９号公報（特許文献２）に開示の技術が挙げられる。
【０００３】
特許文献１には、アニール後のＳｉＣ表面の異常堆積物、組成変化、表面形状の変化等の影響を除去することを目的として、ＳｉＣ基板にイオン注入された不純物を活性化するためのアニール後、表面清浄化の前処理法としてＲＣＡ洗浄を行なってからプラズマによる表面エッチングを行なうことが開示されている。
【０００４】
特許文献２には、半導体の表面に付着しているパーティクルや金属不純物を除去することを目的として、以下のように半導体の表面の洗浄を行なうことが開示されている。すなわち、シリコン（Ｓｉ）基板をオゾンを含む超純水で洗浄してＳｉ酸化膜を形成し、このＳｉ酸化膜の内部や表面にパーティクルおよび金属不純物を取り込む。次に、このＳｉ基板を希フッ酸水溶液で洗浄してＳｉ酸化膜をエッチング除去し、同時にパーティクルおよび金属不純物を除去する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３７３３７９２号公報
【特許文献２】特開平６−３１４６７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に開示の洗浄方法は、ＲＣＡ洗浄を行なってからプラズマによる表面エッチングを行なっている。しかしながら、プラズマによる表面エッチングを行なっても、表面特性を十分に向上できないことを本発明者は見出した。
【０００７】
上記特許文献２に開示の洗浄方法は、Ｓｉ半導体に関する。上記特許文献２の洗浄方法をＳｉＣ半導体に適用すると、ＳｉＣはＳｉよりも熱的に安定な化合物であるので、ＳｉＣ半導体の表面が酸化されにくいことを本発明者は見出した。つまり、上記特許文献２の洗浄方法は、Ｓｉの表面を酸化することはできるが、ＳｉＣの表面を十分に酸化できない。このため、ＳｉＣの表面を十分に洗浄することはできないので、ＳｉＣ半導体の表面特性を向上できない。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、ＳｉＣ半導体の表面特性を向上できるＳｉＣ半導体の洗浄方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、表面にイオン注入されたＳｉＣ半導体は、結晶性が崩れていることに着目し、この結晶を除去する洗浄方法について鋭意研究した。また、本発明者は、安定な化合物であるＳｉＣ半導体に対する洗浄効果を発現するための条件について鋭意研究した。その結果、本発明の完成に至った。
【００１０】
すなわち、ＳｉＣ半導体の洗浄方法は、以下の工程を備えている。ＳｉＣ半導体の表面にイオン注入する。表面に酸化膜を形成する。酸化膜を除去する。形成する工程では、１５０ｐｐｍ以上の濃度を有するオゾン水を用いて酸化膜を形成する。
【００１１】
本発明者は、安定な化合物であるＳｉＣ半導体の表面を酸化するための酸化剤として、酸化力の高いオゾン水を用いることを見出した。そして、本発明者がイオン注入により崩れた結晶を酸化するための条件について鋭意研究した結果、オゾン水の濃度を１５０ｐｐｍ以上にすることによって、イオン注入により劣化した結晶を酸化できることを見出した。
【００１２】
したがって、本発明のＳｉＣ半導体の洗浄方法によれば、１５０ｐｐｍ以上の濃度を有するオゾン水を用いることにより、ＳｉＣ半導体の表面とオゾン水との反応を高めることができるので、安定性の高い化合物であるＳｉＣ半導体の表面に深く酸化膜を形成することができる。このため、イオン注入により崩れた結晶を酸化した酸化膜を形成できるので、この酸化膜を除去することで、ＳｉＣ半導体の表面のイオン注入により崩れた結晶を除去することができる。したがって、ＳｉＣ半導体の表面特性を向上することができる。
【００１３】
上記ＳｉＣ半導体の洗浄方法において好ましくは、形成する工程は、表面およびオゾン水の少なくとも一方を加熱する工程を含む。
【００１４】
安定な化合物であるＳｉＣ半導体の表面を酸化するため本発明者が鋭意研究した結果、オゾン水とＳｉＣ半導体の表面との接液面を加熱することにより、ＳｉＣ半導体の表面の酸化をより促進できることを見出した。このため、ＳｉＣ半導体の表面およびオゾン水の少なくとも一方を加熱することで、酸化膜を容易に形成することができる。したがって、ＳｉＣ半導体の表面特性をより向上することができる。
【００１５】
上記ＳｉＣ半導体の洗浄方法において好ましくは、加熱する工程は、オゾン水を２５℃以上９０℃以下に加熱する工程を含む。上記ＳｉＣ半導体の洗浄方法において好ましくは、加熱する工程は、ＳｉＣ半導体の表面を２５℃以上９０℃以下に加熱する工程を含む。
【００１６】
本発明者が、ＳｉＣ半導体の表面の酸化を促進するための条件について鋭意研究した結果、上記の条件を見出した。２５℃以上の場合、酸化反応を促進でき、９０℃以下の場合、オゾンの分解を抑制できる。
【００１７】
上記ＳｉＣ半導体の洗浄方法において好ましくは、除去する工程では、フッ化水素（ＨＦ）を用いて酸化膜を除去する。
【００１８】
これにより、酸化膜を容易に除去できるので、表面に残存する酸化膜を低減することができる。
【００１９】
上記ＳｉＣ半導体の洗浄方法において好ましくは、上記表面は、｛０００１｝面に対して５０°以上６５°以下のオフ角を有する。
【００２０】
本発明者は、表面が上記範囲のオフ角を有する場合に、イオン注入により崩れた結晶が酸化されやすい特性を有することを見出した。このため、上記表面を有するＳｉＣ半導体の洗浄効果をより効果的に発現することができる。
【００２１】
上記ＳｉＣ半導体の洗浄方法において好ましくは、形成する工程と、除去する工程とを、同時に行なう。
【００２２】
これにより、イオン注入により崩れた結晶を酸化できるとともに、酸化膜を除去することができるので、ＳｉＣ半導体を洗浄する時間を短縮することができる。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明のＳｉＣ半導体の洗浄方法によれば、１５０ｐｐｍ以上の濃度を有するオゾン水を用いてＳｉＣ半導体の表面に酸化膜を形成することにより、イオン注入により崩れた結晶を除去できるので、ＳｉＣ半導体の表面特性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態におけるＳｉＣ半導体の洗浄方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明の実施の形態におけるＳｉＣ基板を概略的に示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態においてエピタキシャル層を形成した状態を概略的に示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態においてイオン注入されたエピタキシャルウエハを概略的に示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態におけるＳｉＣ半導体の洗浄装置を概略的に示す模式図である。
【図６】本発明の実施の形態の変形例におけるＳｉＣ半導体の洗浄装置を概略的に示す模式図である。
【図７】本発明例１、比較例１、２で洗浄するエピタキシャルウエハを概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には、同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。また、本明細書中においては、集合方位を＜＞、個別面を（）、集合面を｛｝でそれぞれ示している。また、負の指数については、結晶学上、”−”（バー）を数字の上に付けることになっているが、本明細書中では、数字の前に負の符号を付けている。
【００２６】
図１〜図６を参照して、本発明の一実施の形態のＳｉＣ半導体の洗浄方法について説明する。
【００２７】
まず、図１および図２に示すように、表面２ａを有するＳｉＣ基板２を準備する（ステップＳ１）。ＳｉＣ基板２は、特に限定されないが、たとえば以下の方法により準備することができる。
【００２８】
具体的には、たとえば、ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy：ハイドライド気相成長）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy：分子線エピタキシ）法、ＯＭＶＰＥ（OrganoMetallic Vapor Phase Epitaxy：有機金属気相成長）法、昇華法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学蒸着）法などの気相成長法、フラックス法、高窒素圧溶液法などの液相成長法などにより成長されたＳｉＣインゴットを準備する。その後、ＳｉＣインゴットから表面を有するＳｉＣ基板を切り出す。切り出す方法は特に限定されず、ＳｉＣインゴットからスライスなどによりＳｉＣ基板を切り出す。次いで、切り出したＳｉＣ基板の表面を研磨する。研磨する面は、表面のみでもよく、表面と反対側の裏面をさらに研磨してもよい。研磨する方法は特に限定されないが、表面を平坦にするとともに、傷などのダメージを低減するために、たとえばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学機械研磨）を行なう。ＣＭＰでは、研磨剤としてコロイダルシリカ、砥粒としてダイヤモンド、酸化クロム、固定剤として接着剤、ワックスなどを用いる。なお、ＣＭＰと併せて、あるいは代わりに、電界研磨法、化学研磨法、機械研磨法などの他の研磨をさらに行なってもよい。また研磨を省略してもよい。これにより、図２に示す表面２ａを有するＳｉＣ基板２を準備することができる。このようなＳｉＣ基板２として、たとえば導電型がｎ型であり、抵抗が０．０２Ωｃｍの基板を用いる。
【００２９】
ＳｉＣ基板２の表面２ａは、｛０００１｝面に対して５０°以上６５°以下のオフ角を有することが好ましく、＜１−１００＞方向とのなす角が５°以下のオフ角を有することがより好ましい。特に、ＳｉＣ基板２の表面２ａは、＜１−１００＞方向における｛０３−３８｝面に対するオフ角が−３°以上＋５°以下であることが好ましく、＜１−１００＞方向における（０−３３−８）面に対するオフ角が−３°以上＋５°以下であることがさらに好ましい。ＳｉＣ基板２の表面２ａをこのような面にすることにより、この上に形成するエピタキシャル層の表面１２０ａ（図３参照）も同様の面に形成することができる。
【００３０】
次に、図１および図３に示すように、ＳｉＣ基板２の表面２ａ上に、気相成長法、液相成長法などにより、エピタキシャル層１２０を形成する（ステップＳ２）。本実施の形態では、たとえば以下のようにエピタキシャル層１２０を形成する。
【００３１】
具体的には、図３に示すように、ＳｉＣ基板２の表面２ａ上に、バッファ層１２１を形成する。バッファ層１２１は、たとえば導電型がｎ型のＳｉＣからなり、たとえば厚さが０．５μｍのエピタキシャル層である。またバッファ層１２１における導電性不純物の濃度は、たとえば５×１０17ｃｍ-3である。
【００３２】
その後、図３に示すように、バッファ層１２１上に耐圧保持層１２２を形成する。耐圧保持層１２２として、気相成長法、液相成長法などにより、導電型がｎ型のＳｉＣからなる層を形成する。耐圧保持層１２２の厚さは、たとえば１５μｍである。また耐圧保持層１２２におけるｎ型の導電性不純物の濃度は、たとえば５×１０15ｃｍ-3である。
【００３３】
次に、図１および図４に示すように、エピタキシャル層１２０の表面１２０ａにイオン注入する（ステップＳ３）。本実施の形態では、図４に示すように、ｐ型ウエル領域１２３と、ｎ+ソース領域１２４と、ｐ+コンタクト領域１２５とを、以下のように形成する。まず導電型がｐ型の不純物を耐圧保持層１２２の一部に選択的に注入することで、ウエル領域１２３を形成する。その後、ｎ型の導電性不純物を所定の領域に選択的に注入することによってソース領域１２４を形成し、また導電型がｐ型の導電性不純物を所定の領域に選択的に注入することによってコンタクト領域１２５を形成する。なお不純物の選択的な注入は、たとえば酸化膜からなるマスクを用いて行われる。
【００３４】
このようなイオン注入工程（ステップＳ３）の後、活性化アニール処理が行われてもよい。たとえば、アルゴン雰囲気中、加熱温度１７００℃で３０分間のアニールが行われる。
【００３５】
これらの工程により、ＳｉＣ基板２と、ＳｉＣ基板２上に形成されたエピタキシャル層１２０とを備えたエピタキシャルウエハ１００を準備することができる。エピタキシャルウエハ１００において、イオン注入した表面１２０ａの結晶性は崩れている。言い換えると、イオン注入により表面１２０ａはダメージを受けている。
【００３６】
エピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａは、｛０００１｝面に対して５０°以上６５°以下のオフ角を有することが好ましく、＜１−１００＞方向とのなす角が５°以下のオフ角を有することがより好ましい。特に、エピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａは、＜１−１００＞方向における｛０３−３８｝面に対するオフ角が−３°以上＋５°以下であることが好ましく、＜１−１００＞方向における（０−３３−８）面に対するオフ角が−３°以上＋５°以下であることがより好ましい。表面１２０ａがこのような範囲のオフ角を有する場合に、イオン注入（ステップＳ３）により崩れた結晶が酸化されやすい特性を有する。このため、後述する酸化膜を形成するステップＳ４および酸化膜を除去するステップＳ５による、上記表面１２０ａを有するエピタキシャルウエハ１００の洗浄効果をより効果的に発現することができる。
【００３７】
また、表面１２０ａが上記範囲のオフ角を有する場合、この表面１２０ａを洗浄して半導体デバイスを作製すると、以下の点で有利である。オフ角が４３．３°の（０１−１４）面からオフ角が５１．５°の（０１−１３）面にかけてオフ角の増大とともにキャリア移動度の顕著な増大が見られるため、表面１２０ａは｛０００１｝面に対して５０°以上であることが好ましい。オフ角が６２．１°の（０１−１２）面からオフ角が９０°の（０１−１０）面に掛けてオフ角の増大とともにキャリア濃度の顕著な減少が見られるため、表面１２０ａは｛０００１｝面に対して６５°以下であることが好ましい。＜１−１００＞方向はＳｉＣにおける代表的なオフ方位であり、オフ角を＜１−１００＞方向とのなす角を５°以下にすることにより、製造工程における加工のばらつきを低減できる。ＳｉＣ基板２の表面２ａについて、＜１−１００＞方向における｛０３−３８｝面に対するオフ角が−３°以上＋５°以下である場合、特に高いチャネル移動度が得られる。｛０３−３８｝面の中でも特にＣ（カーボン）面側の面である（０−３３−８）面に絶縁膜を形成する構造を採用することにより、キャリア移動度が大幅に向上する。
【００３８】
ここで、「面方位{０３−３８}に対してオフ角が−３°以上＋５°以下である」状態とは、＜０００１＞方向およびオフ方位の基準としての＜０１−１０＞方向の張る平面への上記表面の法線の正射影と、{０３−３８}面の法線とのなす角度が−３°以上＋５°以下である状態を意味し、その符号は、上記正射影が＜０１−１０＞方向に対して平行に近づく場合が正であり、上記正射影が＜０００１＞方向に対して平行に近づく場合が負である。
【００３９】
次に、エピタキシャルウエハ１００においてエピタキシャル層１２０の表面１２０ａに、１５０ｐｐｍ以上の濃度を有するオゾン水を用いて酸化膜を形成する（ステップＳ４）。このステップＳ４では、エピタキシャル層１２０の表面１２０ａを酸化できるので、ステップＳ３においてイオン注入で結晶性が崩れた表面を酸化できる。また、エピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａに付着しているパーティクル、金属不純物などを酸化膜の表面や内部に取り込むことができる。なお、酸化膜は、たとえば酸化シリコンである。
【００４０】
このステップＳ２では、１５０ｐｐｍ以上の濃度を有するオゾン水を用いて酸化膜を形成する。１５０ｐｐｍ以上の場合、表面１２０ａとオゾンとの反応速度を高めることができるので、実質的に表面１２０ａに酸化膜を形成することができる。ＳｉＣは化学的に安定な化合物であるので、オゾン水の溶存オゾン濃度が高いほど酸化反応が促進されて好ましいが、製造上の理由から、上限はたとえば３００ｐｐｍである。このような観点から、オゾン水の濃度は、１５０ｐｐｍ以上３００ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【００４１】
なお、上記オゾン水は、１５０ｐｐｍ以上のオゾンを含む水であれば特に限定されないが、１５０ｐｐｍ以上のオゾンを含む超純水であることが好ましい。また、上記オゾン水の濃度は、イオン注入された表面１２０ａに供給されたときの濃度である。
【００４２】
このステップＳ４では、表面１２０ａおよびオゾン水の少なくとも一方を加熱することが好ましい。これにより、表面１２０ａとオゾン水との接液面が加熱されることになる。この接液面の温度が高い場合、酸化反応を促進することができる。この観点から、接液面が２５℃以上９０℃以下になるように加熱することが好ましい。つまり、表面１２０ａおよびオゾン水の少なくとも一方を２５℃以上９０℃以下になるように加熱することが好ましい。２５℃以上の場合、酸化反応を促進でき、９０℃以下の場合、オゾンの分解を抑制できる。
【００４３】
エピタキシャルウエハ１００の加熱方法は、特に限定されないが、たとえばＳｉＣ基板２の裏面側にヒータを配置して裏面側から加熱することができる。オゾン水の加熱方法は特に限定されないが、たとえばオゾン水を供給する供給部を加熱することができる。
【００４４】
オゾン水の酸化還元電位は、５００ｍＶ以上であることが好ましく、１Ｖ以上であることがより好ましい。これにより、オゾン水の酸化力がより高まるので、表面１２０ａにおける酸化反応をより促進することができる。
【００４５】
このステップＳ４では、オゾン水に炭酸ガスを混合させてもよい。炭酸ガスを混合させることで、オゾン水のｐＨを下げることができ、オゾンの分解を抑制することができると共に、表面１２０ａに付着している金属を有効に取り除くことができる。このため、炭酸ガスを用いてオゾン水のｐＨを調整することにより、表面１２０ａの酸化反応を促進するように炭酸ガスを混合して、オゾン水のｐＨを調整することが好ましい。
【００４６】
またこのステップＳ４では、エピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａにオゾン水をたとえばウエハ洗浄用の洗浄装置を用いて、スイングするオゾン水供給ノズル等を用いて、エピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａの全面へ、３０秒以上３分以下供給する。３０秒以上の場合、エピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａにより確実に酸化膜を形成することができる。３分以下の場合、エピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａの洗浄のスループットを高めることができる。実際にはエピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａの外径サイズや、オゾン水供給の流量や、ノズルの本数など、洗浄装置システムにおける供給の機能性に依存するが、実用上は、３分程度にて行なうことが可能である。
【００４７】
またこのステップＳ４では、たとえば１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚みの酸化膜を形成する。１０ｎｍ以上の厚みの酸化膜を形成することにより、イオン注入（ステップＳ３）で崩れた結晶を酸化することができる。１００ｎｍ以下の厚みの酸化膜を形成することにより、イオン注入（ステップＳ３）において結晶性に変化のない領域を酸化することを抑制できる。
【００４８】
ここで、図５を参照して、このステップＳ４で酸化膜を形成するために使用可能なＳｉＣ半導体の洗浄装置の主要な構成について説明する。
【００４９】
図５に示すように、ＳｉＣ半導体の洗浄装置は、オゾン水供給部２０５と、オゾン水供給部２０５と接続された反応容器２５１とを主に備えている。オゾン水供給部２０５は、上述したオゾン水２１５を内部に保持するとともに、反応容器２５１に供給する。反応容器２５１は、内部にオゾン水２１５とエピタキシャルウエハ１００とを収容する。反応容器２５１は、オゾン水供給部２０５からオゾン水２１５を流入するための開口部２５１ａと、オゾン水２１５を外部に排出するための開口部２５１ｂとを有している。
【００５０】
なお、ＳｉＣ半導体の洗浄装置は、上記以外の様々な要素を含んでいてもよいが、説明の便宜上、これらの要素の図示および説明は省略する。
【００５１】
このＳｉＣ半導体の洗浄装置を用いてエピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａに酸化膜を形成する場合には、たとえば以下のように行なう。すなわち、上述したオゾン水をオゾン水供給部２０５の開口部２５１ａから、図５の矢印のように反応容器２５１の内部に、数Ｌ／ｍの流量で供給する。そして、反応容器２５１の開口部２５１ｂから図５の矢印のようにオゾン水をオーバーフローさせる。これにより、反応容器２５１の内部にオゾン水２１５を貯留することができる。また、反応容器２５１の内部にエピタキシャルウエハ１００を収容する。収容するエピタキシャルウエハ１００の枚数は特に限定されないが、スループットを向上する観点から、複数枚であることが好ましい。これにより、オゾン水に浸漬されたエピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａと、オゾン水とを反応させることができるので、エピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａに酸化膜を形成することができる。
【００５２】
次に、エピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａを純水で洗浄する（純水リンス工程）。純水は超純水であることが好ましい。純水に超音波を印加して洗浄してもよい。なお、この純水リンス工程は省略されてもよい。
【００５３】
次に、エピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａを乾燥する（乾燥工程）。乾燥する方法は特に限定されないが、たとえばスピンドライヤー等により乾燥する。なお、この乾燥工程は省略されてもよい。
【００５４】
次に、酸化膜を除去する（ステップＳ５）。このステップＳ５では、イオン注入により崩れた結晶を酸化した酸化膜を除去するので、イオン注入（ステップＳ３）により崩れた結晶を除去することができる。同時に、不純物、パーティクルなどを取り込んだ酸化膜を除去するので、不純物、パーティクルなどを除去することができる。
【００５５】
酸化膜の除去方法は、特に限定されず、たとえばウエットエッチング、ドライエッチング、熱分解、ハロゲンプラズマ、Ｈプラズマなどを用いることができる。
【００５６】
ウエットエッチングは、たとえばＨＦ、ＮＨ4Ｆ（フッ化アンモニウム）などの溶液を用いて酸化膜を除去する。ウエットエッチングは、ＨＦを用いることが好ましく、１％以上１０％以下の希ＨＦ（ＤＨＦ）を用いることがより好ましい。ＨＦを用いて除去する場合には、たとえば反応容器にＨＦを貯留させて、エピタキシャルウエハ１００をＨＦに浸漬させることで酸化膜を除去することができる。
【００５７】
ウエットエッチングなどの液相を用いたウエット洗浄をする場合には、ウエット洗浄後に、エピタキシャルウエハ１００の表面を純水で洗浄してもよい。純水は超純水であることが好ましい。純水に超音波を印加して洗浄してもよい。なお、この工程は省略されてもよい。
【００５８】
また、ウエット洗浄をする場合には、エピタキシャルウエハ１００の表面を乾燥してもよい。乾燥する方法は特に限定されないが、たとえばスピンドライヤー等により乾燥する。なお、この工程は省略されてもよい。
【００５９】
ドライエッチングは、たとえば１０００℃以上ＳｉＣの昇華温度以下で、水素（Ｈ2）ガスおよび塩化水素（ＨＣｌ）ガスの少なくとも一方のガスを用いて、酸化膜を除去する。１０００℃以上の水素ガスおよび塩化水素ガスは、酸化膜を還元する効果が高い。酸化膜がＳｉＯxの場合、水素ガスはＳｉＯxをＨ2ＯとＳｉＨyとに分解し、塩化水素ガスはＳｉＯxをＨ2ＯとＳｉＣｌzとに分解する。ＳｉＣの昇華温度以下にすることで、エピタキシャルウエハ１００の劣化を抑制できる。また、ドライエッチングは、反応を促進できる観点から、減圧下で行なうことが好ましい。
【００６０】
熱分解は、Ｏを含まない雰囲気で、１２００℃以上ＳｉＣの昇華温度以下で、酸化膜を熱分解することが好ましい。１２００℃以上のＯを含まない雰囲気で酸化膜を加熱すると、酸化膜を容易に熱分解することができる。ＳｉＣの昇華温度以下にすることで、エピタキシャルウエハ１００の劣化を抑制できる。また、熱分解は、反応を促進できる観点から、減圧下で行なうことが好ましい。
【００６１】
ハロゲンプラズマとは、ハロゲン元素を含むガスから生成されるプラズマを意味する。ハロゲン元素とは、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）およびヨウ素（Ｉ）である。「ハロゲンプラズマを用いて酸化膜を除去する」とは、ハロゲン元素を含むガスを用いたプラズマにより酸化膜をエッチングすることを意味する。言い換えると、ハロゲン元素を含むガスから生成されるプラズマによって処理されることにより、酸化膜を除去することを意味する。
【００６２】
ハロゲンプラズマとしては、Ｆプラズマを用いることが好ましい。Ｆプラズマとは、Ｆ元素を含むガスから生成されるプラズマを意味し、たとえば四フッ化炭素（ＣＦ4）、三フッ化メタン（ＣＨＦ3）、フロン（Ｃ2Ｆ6）、六フッ化硫黄(ＳＦ6)、三フッ化窒素(ＮＦ3)、二フッ化キセノン(ＸｅＦ2)、フッ素(Ｆ2)、および三フッ化塩素(ＣｌＦ3)の単独ガスあるいは混合ガスをプラズマ発生装置に供給することにより発生させることができる。「Ｆプラズマを用いて酸化膜を除去する」とは、Ｆ元素を含むガスを用いたプラズマにより酸化膜を除去することを意味する。言い換えると、Ｆ元素を含むガスから生成されるプラズマによって処理されることにより、酸化膜を除去することを意味する。
【００６３】
Ｈプラズマとは、Ｈ元素を含むガスから生成されるプラズマを意味し、たとえばＨ2ガスをプラズマ発生装置に供給することにより発生させることができる。「Ｈプラズマを用いて酸化膜を除去する」とは、Ｈ元素を含むガスを用いたプラズマにより酸化膜をエッチングすることを意味する。言い換えると、Ｈ元素を含むガスから生成されるプラズマによって処理されることにより、酸化膜を除去することを意味する。
【００６４】
このステップＳ５でハロゲンプラズマまたはＨプラズマを用いる場合には、２０℃以上４００℃以下の温度で酸化膜を除去することが好ましい。この場合、エピタキシャルウエハ１００へのダメージを低減できる。
【００６５】
また、このステップＳ５でハロゲンプラズマまたはＨプラズマを用いる場合には、０．１Ｐａ以上２０Ｐａ以下の圧力で酸化膜を除去することが好ましい。この場合、ハロゲンプラズマまたはＨプラズマと、酸化膜との反応性を高めることができるので、酸化膜を容易に除去することができる。
【００６６】
また、酸化膜を形成するステップＳ４と酸化膜を除去するステップＳ５とを同時に行なってもよい。ここで、同時とは、少なくとも一部のステップが重複していればよい。つまり、開始および終了の少なくとも一方が同じタイミングであってもよく、開始および終了のタイミングが異なっていてもよい。
【００６７】
酸化膜を形成するステップＳ４と酸化膜を除去するステップＳ５とを同時に行なう場合には、たとえばオゾン水とＨＦとを同時に供給する。これにより、エピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａに酸化膜を形成しながら、酸化膜を除去することができる。
【００６８】
以上の工程（ステップＳ１〜Ｓ５）を実施することにより、イオン注入（ステップＳ３）により崩れた結晶を除去することができる。また、表面１２０ａに付着していた不純物、パーティクルなども除去することができる。
【００６９】
ここで、上記ステップＳ５実施後の表面１２０ａについて、表面１２０ａをＸＰＳ（X-ray Photoelectron Spectroscopy：Ｘ線分光分析）法などを用いて結晶性を確認することが好ましい。この確認工程において、イオン注入（ステップＳ３）により崩れた結晶が除去されていれば、洗浄を完了する。一方、この確認工程において、イオン注入（ステップＳ３）により崩れた結晶が残留していれば、上記酸化膜を形成するステップＳ４および酸化膜を除去するステップＳ５を繰り返す。
【００７０】
なお、ＳｉＣ基板を準備した（ステップＳ１）後に必要に応じて、同様の薬液または他の薬液での洗浄工程、純水リンス工程、乾燥工程などを追加して実施してもよい。他の薬液は、たとえば硫酸と過酸化水素水とを含むＳＰＭが挙げられる。ＳＰＭで洗浄する場合には有機物を除去することもできる。また、ＲＣＡ洗浄などを行なってもよい。
【００７１】
（変形例）
図６を参照して、変形例のＳｉＣ半導体の洗浄方法について説明する。変形例におけるＳｉＣ半導体の洗浄方法は、図５に示すＳｉＣ半導体の洗浄装置の代わりに図６に示すＳｉＣ半導体の洗浄装置を用いる点において異なる。
【００７２】
図６に示すＳｉＣ半導体の洗浄装置は、チャンバ２０１と、ウエハ保持部２０２と、支持台２０３と、駆動部２０４と、オゾン水供給部２０５と、ＨＦ供給部２０６とを主に備えている。図６に示すＳｉＣ半導体の洗浄装置は、エピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａに形成した酸化膜を除去するための装置でもある。
【００７３】
チャンバ２０１は、内部にウエハ保持部２０２と、支持台２０３と、駆動部２０４とを備えている。ウエハ保持部２０２は、エピタキシャルウエハ１００を保持する。保持するエピタキシャルウエハ１００の枚数は特に限定されないが、酸化膜を面内均一性を向上して形成する観点から、たとえば１枚である。支持台２０３は、ウエハ保持部２０２と接続され、ウエハ保持部２０２を保持する。駆動部２０４は、支持台２０３と接続され、支持台２０３を介してウエハ保持部２０２を回転させる。つまり、駆動部２０４により、ウエハ保持部２０２上に載置されたエピタキシャルウエハ１００を図６に示す矢印のように回転することが可能である。駆動部２０４は、たとえばモータである。
【００７４】
オゾン水供給部２０５は、上述したオゾン水２１５を内部に保持するとともに、ウエハ保持部２０２に載置されたエピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａにオゾン水を供給する。オゾン水供給部２０５は、オゾン水２１５を排出するためのノズル２０５ａを有する。ノズル２０５ａの先端とエピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａとの距離Ｌは、たとえば３ｃｍ以下であることが好ましい。この場合、オゾン水がノズルから排出したときの圧力と、エピタキシャルウエハ１００への供給時の圧力との差によるオゾン分解を低減できるので、エピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａとの反応前にオゾンが分解することを抑制でき、表面１２０ａでの酸化反応を効率的に行なうことができる。
【００７５】
ＨＦ供給部２０６は、上述したＨＦ２１６を内部に保持するとともに、ウエハ保持部２０２に載置されたエピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａにＨＦを供給する。ＨＦ供給部２０６は、ＨＦ２１６を排出するためのノズル２０６ａを有する。
【００７６】
なお、図６に示すＳｉＣ半導体の洗浄装置は、上記以外の様々な要素を含んでいてもよいが、説明の便宜上、これらの要素の図示および説明は省略する。また、図６に示すＳｉＣ半導体の洗浄装置は、枚葉式に特に限定されない。
【００７７】
図６のＳｉＣ半導体の洗浄装置を用いてエピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａを洗浄する場合には、たとえば以下のように行なう。すなわち、ステップＳ３でイオン注入された表面１２０ａが、オゾン水供給部２０５およびＨＦ供給部２０６と対向するように、ウエハ保持部２０２上にエピタキシャルウエハ１００を載置する。次に、オゾン水供給部２０５のノズル２０５ａからエピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａに上述したオゾン水２１５を供給する。駆動部２０４によりウエハ保持部２０２上に載置されたエピタキシャルウエハ１００をたとえば２００ｒｐｍで回転させる。ノズルを左右にスイングしながら供給してもよい。これにより、エピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａに均一に１５０ｐｐｍ以上の濃度を有するオゾン水を供給することができる。その結果、供給されたオゾン水とエピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａとを反応させることができるので、エピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａに酸化膜を形成することができる。酸化膜の形成が完了すると、オゾン水供給部２０５からオゾン水の供給を停止する。
【００７８】
次に、酸化膜を除去するステップＳ５では、ＨＦ供給部２０６からエピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａに上述したＨＦを供給する。駆動部２０４によりエピタキシャルウエハ１００を同様に回転させる。これにより、エピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａに均一にＨＦを供給することができる。その結果、供給されたＨＦと、エピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａに形成された酸化膜とを反応させることができるので、表面１２０ａに形成された酸化膜を除去することができる。
【００７９】
なお、図６の装置が純水供給部（図示せず）を備えている場合には、ステップＳ４またはステップＳ５の後に、エピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａに純水を供給してもよい。この場合、純水リンス工程を行なうことができる。
【００８０】
酸化膜を形成するステップＳ４と酸化膜を除去するステップＳ５とを同時に行なう場合には、オゾン水供給部２０５から排出されるオゾン水と、ＨＦ供給部２０６から排出されるＨＦとを同時にエピタキシャルウエハ１００に供給する。これにより、酸化膜を形成する反応と、形成した酸化膜を除去する反応とを同時に発生させることができる。
【００８１】
以上説明したように、本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ１００の洗浄方法によれば、エピタキシャルウエハ１００が酸化されにくいＳｉＣ半導体であっても、１５０ｐｐｍ以上の濃度を有するオゾン水を用いることにより、イオン注入（ステップＳ３）により表面１２０ａに析出したＣを酸化させてＣＯやＣＯ2として除去することができる。また、表面１２０ａに発生したＳｉドロップレットおよびＳｉＣ表面１２０ａを酸化することができる。つまり、イオン注入（ステップＳ３）で劣化した結晶を酸化できる。このため、この酸化膜を除去することで、エピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａのイオン注入により崩れた結晶を除去することができる。また、化学量論組成に近い表面に形成することもできる。さらに、表面１２０ａに存在していた不純物、パーティクルなどを酸化膜に取り込むこともできるので、酸化膜を除去することにより、表面の清浄化もできる。したがって、エピタキシャルウエハ１００の表面特性を向上することができる。
【００８２】
なお、酸化膜を形成するステップＳ４および酸化膜を除去するステップＳ５を実施することで、酸化膜を形成せずに表面１２０ａをエッチング等により直接除去するステップを実施する場合よりも、表面特性が高くなるという知見を本発明者は得ている。
【００８３】
このように、エピタキシャルウエハ１００のイオン注入された表面１２０ａの特性を向上できるので、洗浄後の表面上にゲート酸化膜などの半導体デバイスを構成する絶縁膜を形成して半導体デバイスを作製すると、絶縁膜の特性を向上できるとともに、洗浄した表面と絶縁膜との界面、および絶縁膜中に存在する不純物、パーティクルなどを低減することができる。したがって、半導体デバイスの逆方向電圧印加時の耐圧を向上できるとともに、順方向電圧印加時の動作の安定性および長期信頼性を向上することができる。よって、本発明のＳｉＣ半導体の洗浄方法は、ゲート酸化膜形成前のエピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａに特に好適に用いられる。
【００８４】
なお、本実施の形態で洗浄したエピタキシャルウエハ１００は、洗浄した表面１００ａに絶縁膜を形成することで絶縁膜の特性を向上できるので、絶縁膜を有する半導体デバイスに好適に用いることができる。したがって、本実施の形態で洗浄したエピタキシャルウエハ１００は、たとえばＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor：電界効果トランジスタ）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）などの絶縁ゲート型電界効果部を有する半導体デバイスや、ＪＦＥＴ（Junction Field-Effect Transistor：接合電界効果トランジスタ）などに好適に用いることができる。
【実施例】
【００８５】
本実施例では、１５０ｐｐｍ以上の濃度を有するオゾン水を用いて、ＳｉＣ半導体の表面に酸化膜を形成することの効果について調べた。
【００８６】
（本発明例１）
本発明例１のＳｉＣ半導体として、図７に示すエピタキシャルウエハ１３０を洗浄した。
【００８７】
具体的には、まず、ＳｉＣ基板２として、（０−３３−８）面を表面として有する４Ｈ−ＳｉＣ基板を準備した（ステップＳ１）。
【００８８】
次に、エピタキシャル層１２０を構成する層として、１０μｍの厚みを有し、１×１０16ｃｍ-3の不純物濃度を有するｐ型ＳｉＣ層１３１をＣＶＤ法により成長した（ステップＳ２）。
【００８９】
次に、ＳｉＯ2をマスクとして用いて、リン（Ｐ）をｎ型不純物として１×１０19ｃｍ-3の不純物濃度を有するソース領域１２４およびドレイン領域１２９をイオン注入により形成した（ステップＳ３）。また、アルミニウム（Ａｌ）をｐ型不純物として１×１０19ｃｍ-3の不純物濃度を有するコンタクト領域１２５をイオン注入により形成した（ステップＳ３）。なお、各々のイオン注入をした後には、マスクを除去した。
【００９０】
次に、活性化アニール処理を行なった。この活性化アニール処理としては、Ａｒガスを雰囲気ガスとして用いて、加熱温度１７００〜１８００℃、加熱時間３０分と条件とした。
【００９１】
これにより、イオン注入された表面１３０ａを有するエピタキシャルウエハ１３０を準備した。
【００９２】
次に、１５０ｐｐｍの濃度を有するオゾンを含む超純水を２５℃に加熱して、図６に示す枚葉式のＳｉＣ半導体の洗浄装置を用いて、エピタキシャルウエハ１３０の表面１３０ａに１ｓｌｍの流量で供給した。このとき、エピタキシャルウエハ１００の回転速度は２００ｒｐｍであった。これにより、エピタキシャルウエハ１３０の表面１３０ａに酸化膜を形成できる（ステップＳ４）ことを確認した。
【００９３】
次に、超純水で、１分間エピタキシャルウエハ１３０の表面１３０ａを洗浄した（純水リンス工程）。
【００９４】
次に、５％以上１０％以下の濃度の希ＨＦをエピタキシャルウエハ１３０の表面１３０ａに供給した。これにより、ステップＳ４で形成した酸化膜を除去できる（ステップＳ５）ことを確認した。
【００９５】
次に、超純水で、１分間エピタキシャルウエハ１３０の表面１３０ａを洗浄した（純水リンス工程）。
【００９６】
以上の工程（ステップＳ１〜Ｓ５）により、エピタキシャルウエハ１３０の表面１３０ａを洗浄した。洗浄後の表面１３０ａは、ＸＰＳ法によりイオン注入（ステップＳ３）により崩れた結晶が除去されているとともに、不純物およびパーティクルが低減されていることを確認した。
【００９７】
（比較例１）
比較例１は、基本的には本発明例１と同様であったが、ステップＳ４において、２０ｐｐｍのオゾン水をエピタキシャルウエハ１３０の表面１３０ａに供給した点において異なっていた。この場合には、表面１３０ａに酸化膜が形成されないことを確認した。このため、比較例１の洗浄後の表面１３０ａは、イオン注入（ステップＳ３）により崩れた結晶を除去することもできず、かつ不純物およびパーティクルはほとんど低減されていなかった。
【００９８】
（比較例２）
比較例２は、基本的には本発明例１と同様であったが、ステップＳ４において、３０ｐｐｍのオゾン水をエピタキシャルウエハ１３０の表面１３０ａに供給した点において異なっていた。この場合には、表面１３０ａに酸化膜は形成されたが非常に薄い厚みであった。このため、比較例２の洗浄後の表面１３０ａは不純物およびパーティクルは低減されていたが、イオン注入（ステップＳ３）により崩れた結晶を除去することはできなかった。
【００９９】
また、３０ｐｐｍの濃度のオゾン水を複数回供給したが、形成された酸化膜の厚みが非常に薄かったため、３０ｐｐｍの濃度のオゾン水を用いてイオン注入（ステップＳ３）により崩れた結晶を除去することは工業的に難しいことがわかった。
【０１００】
以上より、本実施例によれば、１５０ｐｐｍ以上のオゾン水を用いることにより、ＳｉＣ半導体の表面に厚い酸化膜を形成できることがわかった。このため、ＳｉＣ半導体の表面に酸化膜を形成し、かつこの酸化膜を除去することにより、イオン注入により崩れた結晶を除去できることがわかった。
【０１０１】
以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、各実施の形態および実施例の特徴を適宜組み合わせることも当初から予定している。また、今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１０２】
２ ＳｉＣ基板、２ａ，１００ａ，１３０ａ 表面、１００，１３０ エピタキシャルウエハ、１００ａ，１３０ａ 表面、１２０ エピタキシャル層、１２１ バッファ層、１２２ 耐圧保持層、１２３ ウエル領域、１２４ ソース領域、１２５ コンタクト領域、１２９ ドレイン領域、１３１ ｐ型ＳｉＣ層、２０１ チャンバ、２０２ ウエハ保持部、２０３ 支持台、２０４ 駆動部、２０５ オゾン水供給部、２０５ａ，２０６ａ ノズル、２０６ ＨＦ供給部、２１５ オゾン水、２５１ 反応容器、２５１ａ，２５１ｂ 開口部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化珪素（ＳｉＣ）半導体の洗浄方法に関し、より特定的には酸化膜を有する半導体デバイスに用いるＳｉＣ半導体の洗浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの作製において、半導体の表面の洗浄を行なう。このような半導体の表面の洗浄として、たとえば、特許第３７３３７９２号公報（特許文献１）、特開平６−３１４６７９号公報（特許文献２）に開示の技術が挙げられる。
【０００３】
特許文献１には、アニール後のＳｉＣ表面の異常堆積物、組成変化、表面形状の変化等の影響を除去することを目的として、ＳｉＣ基板にイオン注入された不純物を活性化するためのアニール後、表面清浄化の前処理法としてＲＣＡ洗浄を行なってからプラズマによる表面エッチングを行なうことが開示されている。
【０００４】
特許文献２には、半導体の表面に付着しているパーティクルや金属不純物を除去することを目的として、以下のように半導体の表面の洗浄を行なうことが開示されている。すなわち、シリコン（Ｓｉ）基板をオゾンを含む超純水で洗浄してＳｉ酸化膜を形成し、このＳｉ酸化膜の内部や表面にパーティクルおよび金属不純物を取り込む。次に、このＳｉ基板を希フッ酸水溶液で洗浄してＳｉ酸化膜をエッチング除去し、同時にパーティクルおよび金属不純物を除去する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３７３３７９２号公報
【特許文献２】特開平６−３１４６７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に開示の洗浄方法は、ＲＣＡ洗浄を行なってからプラズマによる表面エッチングを行なっている。しかしながら、プラズマによる表面エッチングを行なっても、表面特性を十分に向上できないことを本発明者は見出した。
【０００７】
上記特許文献２に開示の洗浄方法は、Ｓｉ半導体に関する。上記特許文献２の洗浄方法をＳｉＣ半導体に適用すると、ＳｉＣはＳｉよりも熱的に安定な化合物であるので、ＳｉＣ半導体の表面が酸化されにくいことを本発明者は見出した。つまり、上記特許文献２の洗浄方法は、Ｓｉの表面を酸化することはできるが、ＳｉＣの表面を十分に酸化できない。このため、ＳｉＣの表面を十分に洗浄することはできないので、ＳｉＣ半導体の表面特性を向上できない。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、ＳｉＣ半導体の表面特性を向上できるＳｉＣ半導体の洗浄方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、表面にイオン注入されたＳｉＣ半導体は、結晶性が崩れていることに着目し、この結晶を除去する洗浄方法について鋭意研究した。また、本発明者は、安定な化合物であるＳｉＣ半導体に対する洗浄効果を発現するための条件について鋭意研究した。その結果、本発明の完成に至った。
【００１０】
すなわち、ＳｉＣ半導体の洗浄方法は、以下の工程を備えている。ＳｉＣ半導体の表面にイオン注入する。表面に酸化膜を形成する。酸化膜を除去する。形成する工程では、１５０ｐｐｍ以上の濃度を有するオゾン水を用いて酸化膜を形成する。
【００１１】
本発明者は、安定な化合物であるＳｉＣ半導体の表面を酸化するための酸化剤として、酸化力の高いオゾン水を用いることを見出した。そして、本発明者がイオン注入により崩れた結晶を酸化するための条件について鋭意研究した結果、オゾン水の濃度を１５０ｐｐｍ以上にすることによって、イオン注入により劣化した結晶を酸化できることを見出した。
【００１２】
したがって、本発明のＳｉＣ半導体の洗浄方法によれば、１５０ｐｐｍ以上の濃度を有するオゾン水を用いることにより、ＳｉＣ半導体の表面とオゾン水との反応を高めることができるので、安定性の高い化合物であるＳｉＣ半導体の表面に深く酸化膜を形成することができる。このため、イオン注入により崩れた結晶を酸化した酸化膜を形成できるので、この酸化膜を除去することで、ＳｉＣ半導体の表面のイオン注入により崩れた結晶を除去することができる。したがって、ＳｉＣ半導体の表面特性を向上することができる。
【００１３】
上記ＳｉＣ半導体の洗浄方法において好ましくは、形成する工程は、表面およびオゾン水の少なくとも一方を加熱する工程を含む。
【００１４】
安定な化合物であるＳｉＣ半導体の表面を酸化するため本発明者が鋭意研究した結果、オゾン水とＳｉＣ半導体の表面との接液面を加熱することにより、ＳｉＣ半導体の表面の酸化をより促進できることを見出した。このため、ＳｉＣ半導体の表面およびオゾン水の少なくとも一方を加熱することで、酸化膜を容易に形成することができる。したがって、ＳｉＣ半導体の表面特性をより向上することができる。
【００１５】
上記ＳｉＣ半導体の洗浄方法において好ましくは、加熱する工程は、オゾン水を２５℃以上９０℃以下に加熱する工程を含む。上記ＳｉＣ半導体の洗浄方法において好ましくは、加熱する工程は、ＳｉＣ半導体の表面を２５℃以上９０℃以下に加熱する工程を含む。
【００１６】
本発明者が、ＳｉＣ半導体の表面の酸化を促進するための条件について鋭意研究した結果、上記の条件を見出した。２５℃以上の場合、酸化反応を促進でき、９０℃以下の場合、オゾンの分解を抑制できる。
【００１７】
上記ＳｉＣ半導体の洗浄方法において好ましくは、除去する工程では、フッ化水素（ＨＦ）を用いて酸化膜を除去する。
【００１８】
これにより、酸化膜を容易に除去できるので、表面に残存する酸化膜を低減することができる。
【００１９】
上記ＳｉＣ半導体の洗浄方法において好ましくは、上記表面は、｛０００１｝面に対して５０°以上６５°以下のオフ角を有する。
【００２０】
本発明者は、表面が上記範囲のオフ角を有する場合に、イオン注入により崩れた結晶が酸化されやすい特性を有することを見出した。このため、上記表面を有するＳｉＣ半導体の洗浄効果をより効果的に発現することができる。
【００２１】
上記ＳｉＣ半導体の洗浄方法において好ましくは、形成する工程と、除去する工程とを、同時に行なう。
【００２２】
これにより、イオン注入により崩れた結晶を酸化できるとともに、酸化膜を除去することができるので、ＳｉＣ半導体を洗浄する時間を短縮することができる。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明のＳｉＣ半導体の洗浄方法によれば、１５０ｐｐｍ以上の濃度を有するオゾン水を用いてＳｉＣ半導体の表面に酸化膜を形成することにより、イオン注入により崩れた結晶を除去できるので、ＳｉＣ半導体の表面特性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態におけるＳｉＣ半導体の洗浄方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明の実施の形態におけるＳｉＣ基板を概略的に示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態においてエピタキシャル層を形成した状態を概略的に示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態においてイオン注入されたエピタキシャルウエハを概略的に示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態におけるＳｉＣ半導体の洗浄装置を概略的に示す模式図である。
【図６】本発明の実施の形態の変形例におけるＳｉＣ半導体の洗浄装置を概略的に示す模式図である。
【図７】本発明例１、比較例１、２で洗浄するエピタキシャルウエハを概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には、同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。また、本明細書中においては、集合方位を＜＞、個別面を（）、集合面を｛｝でそれぞれ示している。また、負の指数については、結晶学上、”−”（バー）を数字の上に付けることになっているが、本明細書中では、数字の前に負の符号を付けている。
【００２６】
図１〜図６を参照して、本発明の一実施の形態のＳｉＣ半導体の洗浄方法について説明する。
【００２７】
まず、図１および図２に示すように、表面２ａを有するＳｉＣ基板２を準備する（ステップＳ１）。ＳｉＣ基板２は、特に限定されないが、たとえば以下の方法により準備することができる。
【００２８】
具体的には、たとえば、ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy：ハイドライド気相成長）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy：分子線エピタキシ）法、ＯＭＶＰＥ（OrganoMetallic Vapor Phase Epitaxy：有機金属気相成長）法、昇華法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学蒸着）法などの気相成長法、フラックス法、高窒素圧溶液法などの液相成長法などにより成長されたＳｉＣインゴットを準備する。その後、ＳｉＣインゴットから表面を有するＳｉＣ基板を切り出す。切り出す方法は特に限定されず、ＳｉＣインゴットからスライスなどによりＳｉＣ基板を切り出す。次いで、切り出したＳｉＣ基板の表面を研磨する。研磨する面は、表面のみでもよく、表面と反対側の裏面をさらに研磨してもよい。研磨する方法は特に限定されないが、表面を平坦にするとともに、傷などのダメージを低減するために、たとえばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学機械研磨）を行なう。ＣＭＰでは、研磨剤としてコロイダルシリカ、砥粒としてダイヤモンド、酸化クロム、固定剤として接着剤、ワックスなどを用いる。なお、ＣＭＰと併せて、あるいは代わりに、電界研磨法、化学研磨法、機械研磨法などの他の研磨をさらに行なってもよい。また研磨を省略してもよい。これにより、図２に示す表面２ａを有するＳｉＣ基板２を準備することができる。このようなＳｉＣ基板２として、たとえば導電型がｎ型であり、抵抗が０．０２Ωｃｍの基板を用いる。
【００２９】
ＳｉＣ基板２の表面２ａは、｛０００１｝面に対して５０°以上６５°以下のオフ角を有することが好ましく、＜１−１００＞方向とのなす角が５°以下のオフ角を有することがより好ましい。特に、ＳｉＣ基板２の表面２ａは、＜１−１００＞方向における｛０３−３８｝面に対するオフ角が−３°以上＋５°以下であることが好ましく、＜１−１００＞方向における（０−３３−８）面に対するオフ角が−３°以上＋５°以下であることがさらに好ましい。ＳｉＣ基板２の表面２ａをこのような面にすることにより、この上に形成するエピタキシャル層の表面１２０ａ（図３参照）も同様の面に形成することができる。
【００３０】
次に、図１および図３に示すように、ＳｉＣ基板２の表面２ａ上に、気相成長法、液相成長法などにより、エピタキシャル層１２０を形成する（ステップＳ２）。本実施の形態では、たとえば以下のようにエピタキシャル層１２０を形成する。
【００３１】
具体的には、図３に示すように、ＳｉＣ基板２の表面２ａ上に、バッファ層１２１を形成する。バッファ層１２１は、たとえば導電型がｎ型のＳｉＣからなり、たとえば厚さが０．５μｍのエピタキシャル層である。またバッファ層１２１における導電性不純物の濃度は、たとえば５×１０17ｃｍ-3である。
【００３２】
その後、図３に示すように、バッファ層１２１上に耐圧保持層１２２を形成する。耐圧保持層１２２として、気相成長法、液相成長法などにより、導電型がｎ型のＳｉＣからなる層を形成する。耐圧保持層１２２の厚さは、たとえば１５μｍである。また耐圧保持層１２２におけるｎ型の導電性不純物の濃度は、たとえば５×１０15ｃｍ-3である。
【００３３】
次に、図１および図４に示すように、エピタキシャル層１２０の表面１２０ａにイオン注入する（ステップＳ３）。本実施の形態では、図４に示すように、ｐ型ウエル領域１２３と、ｎ+ソース領域１２４と、ｐ+コンタクト領域１２５とを、以下のように形成する。まず導電型がｐ型の不純物を耐圧保持層１２２の一部に選択的に注入することで、ウエル領域１２３を形成する。その後、ｎ型の導電性不純物を所定の領域に選択的に注入することによってソース領域１２４を形成し、また導電型がｐ型の導電性不純物を所定の領域に選択的に注入することによってコンタクト領域１２５を形成する。なお不純物の選択的な注入は、たとえば酸化膜からなるマスクを用いて行われる。
【００３４】
このようなイオン注入工程（ステップＳ３）の後、活性化アニール処理が行われてもよい。たとえば、アルゴン雰囲気中、加熱温度１７００℃で３０分間のアニールが行われる。
【００３５】
これらの工程により、ＳｉＣ基板２と、ＳｉＣ基板２上に形成されたエピタキシャル層１２０とを備えたエピタキシャルウエハ１００を準備することができる。エピタキシャルウエハ１００において、イオン注入した表面１２０ａの結晶性は崩れている。言い換えると、イオン注入により表面１２０ａはダメージを受けている。
【００３６】
エピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａは、｛０００１｝面に対して５０°以上６５°以下のオフ角を有することが好ましく、＜１−１００＞方向とのなす角が５°以下のオフ角を有することがより好ましい。特に、エピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａは、＜１−１００＞方向における｛０３−３８｝面に対するオフ角が−３°以上＋５°以下であることが好ましく、＜１−１００＞方向における（０−３３−８）面に対するオフ角が−３°以上＋５°以下であることがより好ましい。表面１２０ａがこのような範囲のオフ角を有する場合に、イオン注入（ステップＳ３）により崩れた結晶が酸化されやすい特性を有する。このため、後述する酸化膜を形成するステップＳ４および酸化膜を除去するステップＳ５による、上記表面１２０ａを有するエピタキシャルウエハ１００の洗浄効果をより効果的に発現することができる。
【００３７】
また、表面１２０ａが上記範囲のオフ角を有する場合、この表面１２０ａを洗浄して半導体デバイスを作製すると、以下の点で有利である。オフ角が４３．３°の（０１−１４）面からオフ角が５１．５°の（０１−１３）面にかけてオフ角の増大とともにキャリア移動度の顕著な増大が見られるため、表面１２０ａは｛０００１｝面に対して５０°以上であることが好ましい。オフ角が６２．１°の（０１−１２）面からオフ角が９０°の（０１−１０）面に掛けてオフ角の増大とともにキャリア濃度の顕著な減少が見られるため、表面１２０ａは｛０００１｝面に対して６５°以下であることが好ましい。＜１−１００＞方向はＳｉＣにおける代表的なオフ方位であり、オフ角を＜１−１００＞方向とのなす角を５°以下にすることにより、製造工程における加工のばらつきを低減できる。ＳｉＣ基板２の表面２ａについて、＜１−１００＞方向における｛０３−３８｝面に対するオフ角が−３°以上＋５°以下である場合、特に高いチャネル移動度が得られる。｛０３−３８｝面の中でも特にＣ（カーボン）面側の面である（０−３３−８）面に絶縁膜を形成する構造を採用することにより、キャリア移動度が大幅に向上する。
【００３８】
ここで、「面方位{０３−３８}に対してオフ角が−３°以上＋５°以下である」状態とは、＜０００１＞方向およびオフ方位の基準としての＜０１−１０＞方向の張る平面への上記表面の法線の正射影と、{０３−３８}面の法線とのなす角度が−３°以上＋５°以下である状態を意味し、その符号は、上記正射影が＜０１−１０＞方向に対して平行に近づく場合が正であり、上記正射影が＜０００１＞方向に対して平行に近づく場合が負である。
【００３９】
次に、エピタキシャルウエハ１００においてエピタキシャル層１２０の表面１２０ａに、１５０ｐｐｍ以上の濃度を有するオゾン水を用いて酸化膜を形成する（ステップＳ４）。このステップＳ４では、エピタキシャル層１２０の表面１２０ａを酸化できるので、ステップＳ３においてイオン注入で結晶性が崩れた表面を酸化できる。また、エピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａに付着しているパーティクル、金属不純物などを酸化膜の表面や内部に取り込むことができる。なお、酸化膜は、たとえば酸化シリコンである。
【００４０】
このステップＳ２では、１５０ｐｐｍ以上の濃度を有するオゾン水を用いて酸化膜を形成する。１５０ｐｐｍ以上の場合、表面１２０ａとオゾンとの反応速度を高めることができるので、実質的に表面１２０ａに酸化膜を形成することができる。ＳｉＣは化学的に安定な化合物であるので、オゾン水の溶存オゾン濃度が高いほど酸化反応が促進されて好ましいが、製造上の理由から、上限はたとえば３００ｐｐｍである。このような観点から、オゾン水の濃度は、１５０ｐｐｍ以上３００ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【００４１】
なお、上記オゾン水は、１５０ｐｐｍ以上のオゾンを含む水であれば特に限定されないが、１５０ｐｐｍ以上のオゾンを含む超純水であることが好ましい。また、上記オゾン水の濃度は、イオン注入された表面１２０ａに供給されたときの濃度である。
【００４２】
このステップＳ４では、表面１２０ａおよびオゾン水の少なくとも一方を加熱することが好ましい。これにより、表面１２０ａとオゾン水との接液面が加熱されることになる。この接液面の温度が高い場合、酸化反応を促進することができる。この観点から、接液面が２５℃以上９０℃以下になるように加熱することが好ましい。つまり、表面１２０ａおよびオゾン水の少なくとも一方を２５℃以上９０℃以下になるように加熱することが好ましい。２５℃以上の場合、酸化反応を促進でき、９０℃以下の場合、オゾンの分解を抑制できる。
【００４３】
エピタキシャルウエハ１００の加熱方法は、特に限定されないが、たとえばＳｉＣ基板２の裏面側にヒータを配置して裏面側から加熱することができる。オゾン水の加熱方法は特に限定されないが、たとえばオゾン水を供給する供給部を加熱することができる。
【００４４】
オゾン水の酸化還元電位は、５００ｍＶ以上であることが好ましく、１Ｖ以上であることがより好ましい。これにより、オゾン水の酸化力がより高まるので、表面１２０ａにおける酸化反応をより促進することができる。
【００４５】
このステップＳ４では、オゾン水に炭酸ガスを混合させてもよい。炭酸ガスを混合させることで、オゾン水のｐＨを下げることができ、オゾンの分解を抑制することができると共に、表面１２０ａに付着している金属を有効に取り除くことができる。このため、炭酸ガスを用いてオゾン水のｐＨを調整することにより、表面１２０ａの酸化反応を促進するように炭酸ガスを混合して、オゾン水のｐＨを調整することが好ましい。
【００４６】
またこのステップＳ４では、エピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａにオゾン水をたとえばウエハ洗浄用の洗浄装置を用いて、スイングするオゾン水供給ノズル等を用いて、エピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａの全面へ、３０秒以上３分以下供給する。３０秒以上の場合、エピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａにより確実に酸化膜を形成することができる。３分以下の場合、エピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａの洗浄のスループットを高めることができる。実際にはエピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａの外径サイズや、オゾン水供給の流量や、ノズルの本数など、洗浄装置システムにおける供給の機能性に依存するが、実用上は、３分程度にて行なうことが可能である。
【００４７】
またこのステップＳ４では、たとえば１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚みの酸化膜を形成する。１０ｎｍ以上の厚みの酸化膜を形成することにより、イオン注入（ステップＳ３）で崩れた結晶を酸化することができる。１００ｎｍ以下の厚みの酸化膜を形成することにより、イオン注入（ステップＳ３）において結晶性に変化のない領域を酸化することを抑制できる。
【００４８】
ここで、図５を参照して、このステップＳ４で酸化膜を形成するために使用可能なＳｉＣ半導体の洗浄装置の主要な構成について説明する。
【００４９】
図５に示すように、ＳｉＣ半導体の洗浄装置は、オゾン水供給部２０５と、オゾン水供給部２０５と接続された反応容器２５１とを主に備えている。オゾン水供給部２０５は、上述したオゾン水２１５を内部に保持するとともに、反応容器２５１に供給する。反応容器２５１は、内部にオゾン水２１５とエピタキシャルウエハ１００とを収容する。反応容器２５１は、オゾン水供給部２０５からオゾン水２１５を流入するための開口部２５１ａと、オゾン水２１５を外部に排出するための開口部２５１ｂとを有している。
【００５０】
なお、ＳｉＣ半導体の洗浄装置は、上記以外の様々な要素を含んでいてもよいが、説明の便宜上、これらの要素の図示および説明は省略する。
【００５１】
このＳｉＣ半導体の洗浄装置を用いてエピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａに酸化膜を形成する場合には、たとえば以下のように行なう。すなわち、上述したオゾン水をオゾン水供給部２０５の開口部２５１ａから、図５の矢印のように反応容器２５１の内部に、数Ｌ／ｍの流量で供給する。そして、反応容器２５１の開口部２５１ｂから図５の矢印のようにオゾン水をオーバーフローさせる。これにより、反応容器２５１の内部にオゾン水２１５を貯留することができる。また、反応容器２５１の内部にエピタキシャルウエハ１００を収容する。収容するエピタキシャルウエハ１００の枚数は特に限定されないが、スループットを向上する観点から、複数枚であることが好ましい。これにより、オゾン水に浸漬されたエピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａと、オゾン水とを反応させることができるので、エピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａに酸化膜を形成することができる。
【００５２】
次に、エピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａを純水で洗浄する（純水リンス工程）。純水は超純水であることが好ましい。純水に超音波を印加して洗浄してもよい。なお、この純水リンス工程は省略されてもよい。
【００５３】
次に、エピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａを乾燥する（乾燥工程）。乾燥する方法は特に限定されないが、たとえばスピンドライヤー等により乾燥する。なお、この乾燥工程は省略されてもよい。
【００５４】
次に、酸化膜を除去する（ステップＳ５）。このステップＳ５では、イオン注入により崩れた結晶を酸化した酸化膜を除去するので、イオン注入（ステップＳ３）により崩れた結晶を除去することができる。同時に、不純物、パーティクルなどを取り込んだ酸化膜を除去するので、不純物、パーティクルなどを除去することができる。
【００５５】
酸化膜の除去方法は、特に限定されず、たとえばウエットエッチング、ドライエッチング、熱分解、ハロゲンプラズマ、Ｈプラズマなどを用いることができる。
【００５６】
ウエットエッチングは、たとえばＨＦ、ＮＨ4Ｆ（フッ化アンモニウム）などの溶液を用いて酸化膜を除去する。ウエットエッチングは、ＨＦを用いることが好ましく、１％以上１０％以下の希ＨＦ（ＤＨＦ）を用いることがより好ましい。ＨＦを用いて除去する場合には、たとえば反応容器にＨＦを貯留させて、エピタキシャルウエハ１００をＨＦに浸漬させることで酸化膜を除去することができる。
【００５７】
ウエットエッチングなどの液相を用いたウエット洗浄をする場合には、ウエット洗浄後に、エピタキシャルウエハ１００の表面を純水で洗浄してもよい。純水は超純水であることが好ましい。純水に超音波を印加して洗浄してもよい。なお、この工程は省略されてもよい。
【００５８】
また、ウエット洗浄をする場合には、エピタキシャルウエハ１００の表面を乾燥してもよい。乾燥する方法は特に限定されないが、たとえばスピンドライヤー等により乾燥する。なお、この工程は省略されてもよい。
【００５９】
ドライエッチングは、たとえば１０００℃以上ＳｉＣの昇華温度以下で、水素（Ｈ2）ガスおよび塩化水素（ＨＣｌ）ガスの少なくとも一方のガスを用いて、酸化膜を除去する。１０００℃以上の水素ガスおよび塩化水素ガスは、酸化膜を還元する効果が高い。酸化膜がＳｉＯxの場合、水素ガスはＳｉＯxをＨ2ＯとＳｉＨyとに分解し、塩化水素ガスはＳｉＯxをＨ2ＯとＳｉＣｌzとに分解する。ＳｉＣの昇華温度以下にすることで、エピタキシャルウエハ１００の劣化を抑制できる。また、ドライエッチングは、反応を促進できる観点から、減圧下で行なうことが好ましい。
【００６０】
熱分解は、Ｏを含まない雰囲気で、１２００℃以上ＳｉＣの昇華温度以下で、酸化膜を熱分解することが好ましい。１２００℃以上のＯを含まない雰囲気で酸化膜を加熱すると、酸化膜を容易に熱分解することができる。ＳｉＣの昇華温度以下にすることで、エピタキシャルウエハ１００の劣化を抑制できる。また、熱分解は、反応を促進できる観点から、減圧下で行なうことが好ましい。
【００６１】
ハロゲンプラズマとは、ハロゲン元素を含むガスから生成されるプラズマを意味する。ハロゲン元素とは、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）およびヨウ素（Ｉ）である。「ハロゲンプラズマを用いて酸化膜を除去する」とは、ハロゲン元素を含むガスを用いたプラズマにより酸化膜をエッチングすることを意味する。言い換えると、ハロゲン元素を含むガスから生成されるプラズマによって処理されることにより、酸化膜を除去することを意味する。
【００６２】
ハロゲンプラズマとしては、Ｆプラズマを用いることが好ましい。Ｆプラズマとは、Ｆ元素を含むガスから生成されるプラズマを意味し、たとえば四フッ化炭素（ＣＦ4）、三フッ化メタン（ＣＨＦ3）、フロン（Ｃ2Ｆ6）、六フッ化硫黄(ＳＦ6)、三フッ化窒素(ＮＦ3)、二フッ化キセノン(ＸｅＦ2)、フッ素(Ｆ2)、および三フッ化塩素(ＣｌＦ3)の単独ガスあるいは混合ガスをプラズマ発生装置に供給することにより発生させることができる。「Ｆプラズマを用いて酸化膜を除去する」とは、Ｆ元素を含むガスを用いたプラズマにより酸化膜を除去することを意味する。言い換えると、Ｆ元素を含むガスから生成されるプラズマによって処理されることにより、酸化膜を除去することを意味する。
【００６３】
Ｈプラズマとは、Ｈ元素を含むガスから生成されるプラズマを意味し、たとえばＨ2ガスをプラズマ発生装置に供給することにより発生させることができる。「Ｈプラズマを用いて酸化膜を除去する」とは、Ｈ元素を含むガスを用いたプラズマにより酸化膜をエッチングすることを意味する。言い換えると、Ｈ元素を含むガスから生成されるプラズマによって処理されることにより、酸化膜を除去することを意味する。
【００６４】
このステップＳ５でハロゲンプラズマまたはＨプラズマを用いる場合には、２０℃以上４００℃以下の温度で酸化膜を除去することが好ましい。この場合、エピタキシャルウエハ１００へのダメージを低減できる。
【００６５】
また、このステップＳ５でハロゲンプラズマまたはＨプラズマを用いる場合には、０．１Ｐａ以上２０Ｐａ以下の圧力で酸化膜を除去することが好ましい。この場合、ハロゲンプラズマまたはＨプラズマと、酸化膜との反応性を高めることができるので、酸化膜を容易に除去することができる。
【００６６】
また、酸化膜を形成するステップＳ４と酸化膜を除去するステップＳ５とを同時に行なってもよい。ここで、同時とは、少なくとも一部のステップが重複していればよい。つまり、開始および終了の少なくとも一方が同じタイミングであってもよく、開始および終了のタイミングが異なっていてもよい。
【００６７】
酸化膜を形成するステップＳ４と酸化膜を除去するステップＳ５とを同時に行なう場合には、たとえばオゾン水とＨＦとを同時に供給する。これにより、エピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａに酸化膜を形成しながら、酸化膜を除去することができる。
【００６８】
以上の工程（ステップＳ１〜Ｓ５）を実施することにより、イオン注入（ステップＳ３）により崩れた結晶を除去することができる。また、表面１２０ａに付着していた不純物、パーティクルなども除去することができる。
【００６９】
ここで、上記ステップＳ５実施後の表面１２０ａについて、表面１２０ａをＸＰＳ（X-ray Photoelectron Spectroscopy：Ｘ線分光分析）法などを用いて結晶性を確認することが好ましい。この確認工程において、イオン注入（ステップＳ３）により崩れた結晶が除去されていれば、洗浄を完了する。一方、この確認工程において、イオン注入（ステップＳ３）により崩れた結晶が残留していれば、上記酸化膜を形成するステップＳ４および酸化膜を除去するステップＳ５を繰り返す。
【００７０】
なお、ＳｉＣ基板を準備した（ステップＳ１）後に必要に応じて、同様の薬液または他の薬液での洗浄工程、純水リンス工程、乾燥工程などを追加して実施してもよい。他の薬液は、たとえば硫酸と過酸化水素水とを含むＳＰＭが挙げられる。ＳＰＭで洗浄する場合には有機物を除去することもできる。また、ＲＣＡ洗浄などを行なってもよい。
【００７１】
（変形例）
図６を参照して、変形例のＳｉＣ半導体の洗浄方法について説明する。変形例におけるＳｉＣ半導体の洗浄方法は、図５に示すＳｉＣ半導体の洗浄装置の代わりに図６に示すＳｉＣ半導体の洗浄装置を用いる点において異なる。
【００７２】
図６に示すＳｉＣ半導体の洗浄装置は、チャンバ２０１と、ウエハ保持部２０２と、支持台２０３と、駆動部２０４と、オゾン水供給部２０５と、ＨＦ供給部２０６とを主に備えている。図６に示すＳｉＣ半導体の洗浄装置は、エピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａに形成した酸化膜を除去するための装置でもある。
【００７３】
チャンバ２０１は、内部にウエハ保持部２０２と、支持台２０３と、駆動部２０４とを備えている。ウエハ保持部２０２は、エピタキシャルウエハ１００を保持する。保持するエピタキシャルウエハ１００の枚数は特に限定されないが、酸化膜を面内均一性を向上して形成する観点から、たとえば１枚である。支持台２０３は、ウエハ保持部２０２と接続され、ウエハ保持部２０２を保持する。駆動部２０４は、支持台２０３と接続され、支持台２０３を介してウエハ保持部２０２を回転させる。つまり、駆動部２０４により、ウエハ保持部２０２上に載置されたエピタキシャルウエハ１００を図６に示す矢印のように回転することが可能である。駆動部２０４は、たとえばモータである。
【００７４】
オゾン水供給部２０５は、上述したオゾン水２１５を内部に保持するとともに、ウエハ保持部２０２に載置されたエピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａにオゾン水を供給する。オゾン水供給部２０５は、オゾン水２１５を排出するためのノズル２０５ａを有する。ノズル２０５ａの先端とエピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａとの距離Ｌは、たとえば３ｃｍ以下であることが好ましい。この場合、オゾン水がノズルから排出したときの圧力と、エピタキシャルウエハ１００への供給時の圧力との差によるオゾン分解を低減できるので、エピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａとの反応前にオゾンが分解することを抑制でき、表面１２０ａでの酸化反応を効率的に行なうことができる。
【００７５】
ＨＦ供給部２０６は、上述したＨＦ２１６を内部に保持するとともに、ウエハ保持部２０２に載置されたエピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａにＨＦを供給する。ＨＦ供給部２０６は、ＨＦ２１６を排出するためのノズル２０６ａを有する。
【００７６】
なお、図６に示すＳｉＣ半導体の洗浄装置は、上記以外の様々な要素を含んでいてもよいが、説明の便宜上、これらの要素の図示および説明は省略する。また、図６に示すＳｉＣ半導体の洗浄装置は、枚葉式に特に限定されない。
【００７７】
図６のＳｉＣ半導体の洗浄装置を用いてエピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａを洗浄する場合には、たとえば以下のように行なう。すなわち、ステップＳ３でイオン注入された表面１２０ａが、オゾン水供給部２０５およびＨＦ供給部２０６と対向するように、ウエハ保持部２０２上にエピタキシャルウエハ１００を載置する。次に、オゾン水供給部２０５のノズル２０５ａからエピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａに上述したオゾン水２１５を供給する。駆動部２０４によりウエハ保持部２０２上に載置されたエピタキシャルウエハ１００をたとえば２００ｒｐｍで回転させる。ノズルを左右にスイングしながら供給してもよい。これにより、エピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａに均一に１５０ｐｐｍ以上の濃度を有するオゾン水を供給することができる。その結果、供給されたオゾン水とエピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａとを反応させることができるので、エピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａに酸化膜を形成することができる。酸化膜の形成が完了すると、オゾン水供給部２０５からオゾン水の供給を停止する。
【００７８】
次に、酸化膜を除去するステップＳ５では、ＨＦ供給部２０６からエピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａに上述したＨＦを供給する。駆動部２０４によりエピタキシャルウエハ１００を同様に回転させる。これにより、エピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａに均一にＨＦを供給することができる。その結果、供給されたＨＦと、エピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａに形成された酸化膜とを反応させることができるので、表面１２０ａに形成された酸化膜を除去することができる。
【００７９】
なお、図６の装置が純水供給部（図示せず）を備えている場合には、ステップＳ４またはステップＳ５の後に、エピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａに純水を供給してもよい。この場合、純水リンス工程を行なうことができる。
【００８０】
酸化膜を形成するステップＳ４と酸化膜を除去するステップＳ５とを同時に行なう場合には、オゾン水供給部２０５から排出されるオゾン水と、ＨＦ供給部２０６から排出されるＨＦとを同時にエピタキシャルウエハ１００に供給する。これにより、酸化膜を形成する反応と、形成した酸化膜を除去する反応とを同時に発生させることができる。
【００８１】
以上説明したように、本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ１００の洗浄方法によれば、エピタキシャルウエハ１００が酸化されにくいＳｉＣ半導体であっても、１５０ｐｐｍ以上の濃度を有するオゾン水を用いることにより、イオン注入（ステップＳ３）により表面１２０ａに析出したＣを酸化させてＣＯやＣＯ2として除去することができる。また、表面１２０ａに発生したＳｉドロップレットおよびＳｉＣ表面１２０ａを酸化することができる。つまり、イオン注入（ステップＳ３）で劣化した結晶を酸化できる。このため、この酸化膜を除去することで、エピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａのイオン注入により崩れた結晶を除去することができる。また、化学量論組成に近い表面に形成することもできる。さらに、表面１２０ａに存在していた不純物、パーティクルなどを酸化膜に取り込むこともできるので、酸化膜を除去することにより、表面の清浄化もできる。したがって、エピタキシャルウエハ１００の表面特性を向上することができる。
【００８２】
なお、酸化膜を形成するステップＳ４および酸化膜を除去するステップＳ５を実施することで、酸化膜を形成せずに表面１２０ａをエッチング等により直接除去するステップを実施する場合よりも、表面特性が高くなるという知見を本発明者は得ている。
【００８３】
このように、エピタキシャルウエハ１００のイオン注入された表面１２０ａの特性を向上できるので、洗浄後の表面上にゲート酸化膜などの半導体デバイスを構成する絶縁膜を形成して半導体デバイスを作製すると、絶縁膜の特性を向上できるとともに、洗浄した表面と絶縁膜との界面、および絶縁膜中に存在する不純物、パーティクルなどを低減することができる。したがって、半導体デバイスの逆方向電圧印加時の耐圧を向上できるとともに、順方向電圧印加時の動作の安定性および長期信頼性を向上することができる。よって、本発明のＳｉＣ半導体の洗浄方法は、ゲート酸化膜形成前のエピタキシャルウエハ１００の表面１２０ａに特に好適に用いられる。
【００８４】
なお、本実施の形態で洗浄したエピタキシャルウエハ１００は、洗浄した表面１００ａに絶縁膜を形成することで絶縁膜の特性を向上できるので、絶縁膜を有する半導体デバイスに好適に用いることができる。したがって、本実施の形態で洗浄したエピタキシャルウエハ１００は、たとえばＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor：電界効果トランジスタ）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）などの絶縁ゲート型電界効果部を有する半導体デバイスや、ＪＦＥＴ（Junction Field-Effect Transistor：接合電界効果トランジスタ）などに好適に用いることができる。
【実施例】
【００８５】
本実施例では、１５０ｐｐｍ以上の濃度を有するオゾン水を用いて、ＳｉＣ半導体の表面に酸化膜を形成することの効果について調べた。
【００８６】
（本発明例１）
本発明例１のＳｉＣ半導体として、図７に示すエピタキシャルウエハ１３０を洗浄した。
【００８７】
具体的には、まず、ＳｉＣ基板２として、（０−３３−８）面を表面として有する４Ｈ−ＳｉＣ基板を準備した（ステップＳ１）。
【００８８】
次に、エピタキシャル層１２０を構成する層として、１０μｍの厚みを有し、１×１０16ｃｍ-3の不純物濃度を有するｐ型ＳｉＣ層１３１をＣＶＤ法により成長した（ステップＳ２）。
【００８９】
次に、ＳｉＯ2をマスクとして用いて、リン（Ｐ）をｎ型不純物として１×１０19ｃｍ-3の不純物濃度を有するソース領域１２４およびドレイン領域１２９をイオン注入により形成した（ステップＳ３）。また、アルミニウム（Ａｌ）をｐ型不純物として１×１０19ｃｍ-3の不純物濃度を有するコンタクト領域１２５をイオン注入により形成した（ステップＳ３）。なお、各々のイオン注入をした後には、マスクを除去した。
【００９０】
次に、活性化アニール処理を行なった。この活性化アニール処理としては、Ａｒガスを雰囲気ガスとして用いて、加熱温度１７００〜１８００℃、加熱時間３０分と条件とした。
【００９１】
これにより、イオン注入された表面１３０ａを有するエピタキシャルウエハ１３０を準備した。
【００９２】
次に、１５０ｐｐｍの濃度を有するオゾンを含む超純水を２５℃に加熱して、図６に示す枚葉式のＳｉＣ半導体の洗浄装置を用いて、エピタキシャルウエハ１３０の表面１３０ａに１ｓｌｍの流量で供給した。このとき、エピタキシャルウエハ１００の回転速度は２００ｒｐｍであった。これにより、エピタキシャルウエハ１３０の表面１３０ａに酸化膜を形成できる（ステップＳ４）ことを確認した。
【００９３】
次に、超純水で、１分間エピタキシャルウエハ１３０の表面１３０ａを洗浄した（純水リンス工程）。
【００９４】
次に、５％以上１０％以下の濃度の希ＨＦをエピタキシャルウエハ１３０の表面１３０ａに供給した。これにより、ステップＳ４で形成した酸化膜を除去できる（ステップＳ５）ことを確認した。
【００９５】
次に、超純水で、１分間エピタキシャルウエハ１３０の表面１３０ａを洗浄した（純水リンス工程）。
【００９６】
以上の工程（ステップＳ１〜Ｓ５）により、エピタキシャルウエハ１３０の表面１３０ａを洗浄した。洗浄後の表面１３０ａは、ＸＰＳ法によりイオン注入（ステップＳ３）により崩れた結晶が除去されているとともに、不純物およびパーティクルが低減されていることを確認した。
【００９７】
（比較例１）
比較例１は、基本的には本発明例１と同様であったが、ステップＳ４において、２０ｐｐｍのオゾン水をエピタキシャルウエハ１３０の表面１３０ａに供給した点において異なっていた。この場合には、表面１３０ａに酸化膜が形成されないことを確認した。このため、比較例１の洗浄後の表面１３０ａは、イオン注入（ステップＳ３）により崩れた結晶を除去することもできず、かつ不純物およびパーティクルはほとんど低減されていなかった。
【００９８】
（比較例２）
比較例２は、基本的には本発明例１と同様であったが、ステップＳ４において、３０ｐｐｍのオゾン水をエピタキシャルウエハ１３０の表面１３０ａに供給した点において異なっていた。この場合には、表面１３０ａに酸化膜は形成されたが非常に薄い厚みであった。このため、比較例２の洗浄後の表面１３０ａは不純物およびパーティクルは低減されていたが、イオン注入（ステップＳ３）により崩れた結晶を除去することはできなかった。
【００９９】
また、３０ｐｐｍの濃度のオゾン水を複数回供給したが、形成された酸化膜の厚みが非常に薄かったため、３０ｐｐｍの濃度のオゾン水を用いてイオン注入（ステップＳ３）により崩れた結晶を除去することは工業的に難しいことがわかった。
【０１００】
以上より、本実施例によれば、１５０ｐｐｍ以上のオゾン水を用いることにより、ＳｉＣ半導体の表面に厚い酸化膜を形成できることがわかった。このため、ＳｉＣ半導体の表面に酸化膜を形成し、かつこの酸化膜を除去することにより、イオン注入により崩れた結晶を除去できることがわかった。
【０１０１】
以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、各実施の形態および実施例の特徴を適宜組み合わせることも当初から予定している。また、今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１０２】
２ ＳｉＣ基板、２ａ，１００ａ，１３０ａ 表面、１００，１３０ エピタキシャルウエハ、１００ａ，１３０ａ 表面、１２０ エピタキシャル層、１２１ バッファ層、１２２ 耐圧保持層、１２３ ウエル領域、１２４ ソース領域、１２５ コンタクト領域、１２９ ドレイン領域、１３１ ｐ型ＳｉＣ層、２０１ チャンバ、２０２ ウエハ保持部、２０３ 支持台、２０４ 駆動部、２０５ オゾン水供給部、２０５ａ，２０６ａ ノズル、２０６ ＨＦ供給部、２１５ オゾン水、２５１ 反応容器、２５１ａ，２５１ｂ 開口部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素半導体の表面にイオン注入する工程と、
前記表面に酸化膜を形成する工程と、
前記酸化膜を除去する工程とを備え、
前記形成する工程では、１５０ｐｐｍ以上の濃度を有するオゾン水を用いて前記酸化膜を形成する、炭化珪素半導体の洗浄方法。
【請求項２】
前記形成する工程は、前記表面および前記オゾン水の少なくとも一方を加熱する工程を含む、請求項１に記載の炭化珪素半導体の洗浄方法。
【請求項３】
前記加熱する工程は、前記オゾン水を２５℃以上９０℃以下に加熱する工程を含む、請求項２に記載の炭化珪素半導体の洗浄方法。
【請求項４】
前記加熱する工程は、前記表面を２５℃以上９０℃以下に加熱する工程を含む、請求項２または３に記載の炭化珪素半導体の洗浄方法。
【請求項５】
前記除去する工程では、フッ化水素を用いて前記酸化膜を除去する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体の洗浄方法。
【請求項６】
前記表面は、｛０００１｝面に対して５０°以上６５°以下のオフ角を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体の洗浄方法。
【請求項７】
前記形成する工程と、前記除去する工程とを、同時に行なう、請求項１〜６のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体の洗浄方法。
【請求項１】
炭化珪素半導体の表面にイオン注入する工程と、
前記表面に酸化膜を形成する工程と、
前記酸化膜を除去する工程とを備え、
前記形成する工程では、１５０ｐｐｍ以上の濃度を有するオゾン水を用いて前記酸化膜を形成する、炭化珪素半導体の洗浄方法。
【請求項２】
前記形成する工程は、前記表面および前記オゾン水の少なくとも一方を加熱する工程を含む、請求項１に記載の炭化珪素半導体の洗浄方法。
【請求項３】
前記加熱する工程は、前記オゾン水を２５℃以上９０℃以下に加熱する工程を含む、請求項２に記載の炭化珪素半導体の洗浄方法。
【請求項４】
前記加熱する工程は、前記表面を２５℃以上９０℃以下に加熱する工程を含む、請求項２または３に記載の炭化珪素半導体の洗浄方法。
【請求項５】
前記除去する工程では、フッ化水素を用いて前記酸化膜を除去する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体の洗浄方法。
【請求項６】
前記表面は、｛０００１｝面に対して５０°以上６５°以下のオフ角を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体の洗浄方法。
【請求項７】
前記形成する工程と、前記除去する工程とを、同時に行なう、請求項１〜６のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体の洗浄方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１２９２９５（Ｐ２０１２−１２９２９５Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７７９９７（Ｐ２０１０−２７７９９７）
【出願日】平成２２年１２月１４日（２０１０．１２．１４）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１４日（２０１０．１２．１４）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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